49
GENETİK ŞİFRE PROF. DR. SERKAN YILMAZ

GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

GENETİK ŞİFREPROF. DR. SERKAN YILMAZ

Page 2: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Genetik Şifre (Kod)Organizmalardaki proteinlerin birincil yapılarının (amino asitdizilerinin), DNA molekülündeki genlerin nükleotid dizisitarafından tayin edilmesi ile ilgili şifre= DNA’nın nükleotid dizisi ile proteinlerin amino asit dizisiarasındaki ilişki.

Genetik Şifrenin Özellikleri

DNA (ve mRNA) da proteinlerde4 çeşit nükleotid 20 çeşit amino asit

bir nükleotid bir amino asit (41 = 4 ) XXXiki nükleotid bir amino asit (42 = 16) XXXüç nükleotid bir amino asit (43 = 64) !!!!!

Bir amino asidi belirleyenüç nükleotidlik (bazlık) dizi = kodon

Page 3: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’dakitamamlayıcı kodonlar ters yönde (35), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin tamamlayıcısıve onunla ters yönde).

Page 4: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Genetik şifrenin yapısı ile ilgili önemli bir özellik: şifreninokunma çerçevesinin her gende sabit bir başlangıçnoktasından başlaması ve kodonların dizilişinin üst üsteçakışmamasıdır !!!!!

Bu özellik tek çeşit ürünü şifreleyen genlerdeki kodonlariçin geçerli;birden fazla genin üst üste bulunduğu bölgelerde genlerinokuma çerçeveleri farklı olabilir(ilk örnek, X174 fajının genomundaki üst üste çakışangenler)

Page 5: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Kodonlar61 kodon, amino asitleri şifreleyen kodonlar (anlamlıkodon)3 kodon (UAA, UAG, UGA) bir amino asidişifrelemeyen, protein sentezinde bitim (sonlandırıcı)işareti görevi yapan kodonlar [anlamsız kodon (bitimkodonu)].Protein sentezini başlatıcı kodon genellikle AUG(metionini şifreleyen anlamlı kodon).

Genetik şifrenin özelliği: yapısal benzerlik gösterenamino asitlerin genellikle benzer kodonlar tarafındantayin edilmesi. Örneğin, aromatik amino asit olanfenilalanin (UUU, UUC), tirozin (UAU, UAC), triptofan(UGG) kodonlarının urasil ile başlaması

Page 6: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Genetik Şifrenin Evrenselliği

Tüm organizmalarda genetik şifrenin genel biçimi veişlemesi temelde aynıdır !!!

Şifrenin evrenselliğine ters düşen bazı farklılıklar:▪Bakteriler ve ökaryotlarda AUG başlatma kodonununanlamında küçük farklılık (bakterilerde formil metionin,ökaryotlarda metionin)▪ Ökaryotlarda UGA’nın anlamsızlığı henüz gösterilmemiş▪ Mitokondrilerde kullanılan şifrede temel genetikşifreye göre belirgin farklılıklar vardır !!! (memelimitokondrilerinde UGA triptofan kodonu, AGA ve AGGbitim kodonları, AUG ve AUA metionin kodonları)

Page 7: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 8: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

TRANSLASYON

( PROTEİN SENTEZİ )

Page 9: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Translasyon (Çeviri)

mRNA halinde kopyası çıkarılmış olan genetik bilgiye görepolipeptid moleküllerinin sentez edilmesiPolipeptidler proteinlerin primer yapısını oluşturur protein sentezi

Tüm organizmalarda en fazla korunmuş ve hücre için enerjibakımından en pahalı olan süreç.Bakterilerde, hücredeki enerjinin ~ %80’i ve hücrenin kuruağırlığının %50’si protein sentezine ait.(tek bir proteinin sentezi 100’ün üstünde protein ve RNA’nınuyumlu iş birliği gerekli)

Zorlu bir süreç !!!Bir polipeptiddeki amino asitlerin düzenli sıralanmasındamRNA kalıbı ile amino asitler arasındaki doğrudan etkileşimmümkün değil.

Page 10: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Translasyon 4 bazlı bir alfabeyle yazılmış bir şifrenin 20amino asitlik dilde yazılmış bir şifreye çevrilmesi !!!

Translasyon aygıtının başlıca bileşenleri:

mRNA translasyon aygıtı tarafından okunması gerekenbilgiyi sağlayan kalıp.

tRNA’lar polipeptid zincirine girecek amino asitlerlemRNA’daki kodonlar arasındaki fiziksel ara yüz.

Ribozom mRNA’nın doğru tRNA’lar tarafından tanınmasınıdüzenleyen ve uzamakta olan polipeptid zinciri ile tRNA’yabağlı amino asit arasındaki peptid bağı oluşumunu katalizleyenyapı.

Page 11: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

tRNA’ların Protein Sentezine Katılmaları

Translasyonda aracı moleküller = mRNA’daki kodonlarıntamamlayıcısı olan antikodona sahip tRNA’lar.

tRNA’ların taşıdığı amino asitlerin kodonlara uygun biçimdesıraya dizilip aralarında peptid bağı oluşması.

Çeşitli tRNA’ların her biri, mRNA’daki bir kodonu (ya dakodonları) tanıyan özel bir amino asitle yüklenir .

Protein sentezinin doğruluğu (1) tRNA’ya özgül ve doğru amino asidin bağlanması(2) ribozomlarda mRNA’daki bir kodona yanıt olarak doğru

antikodonu taşıyan tRNA’nın seçilmesi.

Page 12: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Adenilillenme. Amino asidin ATPile reaksiyona girmesi; aminoasidin karbonil grubu ileAMP’nin fosforil grubu arasındayüksek enerjili bir ester bağıoluşumu.

tRNA’nın yüklenmesi.Adenilillenmiş ve enzime bağlıdurumdaki amino asidintRNA’nın 3’ ucundaki 2’ veya 3’-OH’e bağlanması ve AMP’ninserbest kalması.

tRNA’ların amino asitlerle yüklenmesiBir amino asidin tRNA’nın 3’-A nukleotidine yüksek enerjili açilbağlantısıyla tutunması (açil bağlantısı amino asidin COOHgrubu ile A nukleotidinin 2’ veya 3’-OH grubu arasında).Yüklenmeyi katalizleyen enzim: amino açil tRNA sentetaz.

Page 13: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Aminoaçil tRNA sentetazlar tRNA’ların üçüncül yapısındakifarklılığı tanırlar.Her aminoaçil tRNA sentetaz tek bir amino asidi bir veyafazla sayıda tRNA’ya bağlar en az 20 çeşit enzim.

Aminoaçil tRNA oluşumu (tRNA’ların yüklenmesi):

amino açil tRNA sentetazaa + ATP aa-AMP + P~P

amino açil tRNA sentetazaa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP

Enzimin 2 bölgesi önemli: özel amino asidi ve özel tRNA’yı (Lbiçimini) tanıma. Amino asit ile tRNA’nın CCA ucu arasındaki(ATP’den sağlanan) yüksek enerji bağındaki enerji ribozomdapolipeptid bağı oluşumunda kullanılır.

Page 14: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 15: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Aminoaçil-tRNA oluşumu çok doğru biçimdedir

Aminoaçil tRNA sentetazların doğru amino asidin seçimioldukça zor ( amino asitlerin boyutu çok küçük ve bazenbenzerlikleri fazla). Fakat, hatalı yüklenme olasılığı sonderece düşüktür (1/1.000).

Ribozom doğru ve yanlış yüklenmiş tRNA’ları ayırt edemez

Doğru yüklenmede tüm sorumluluk aminoaçil tRNAsentetazlarda !!! Yüklenmiş tRNA’lar daha sonra ayırımatutulmazlar.Ribozom doğru kodon-antikodon etkileşimine göre yüklüherhangi bir tRNA’yı (uygun amino asidi taşıyıp taşımadığınabakmaksızın) kabul eder.

Page 16: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

rRNA’ların Protein Sentezine Katılmaları

Nukleustaki genlere ait proteinlerin sentezi sitoplazmadakiribozomlarda,organellerdeki genlere ait proteinlerin senteziorganellerdeki ribozomlardameydana gelir.

Ribozomların temel işlevi: aminoaçil tRNA’lar ile mRNA’nınyönlendirilmiş düzenli etkileşimlerini ve genetik bilgininprotein yapısına doğru biçimde çevrilmesini sağlamak. Proteinlerin sentezini yöneten makromoleküler aygıt.

RİBOZOM = rRNA’lar + r-proteinler(ribonükleoprotein partikülleri)

Page 17: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

RNA: protein oranı (prokaryotlarda) ~2 : 1 , (diğerorganizmalarda) ~1 : 1.Ribozomlar bakteri hücrelerinde toplam ağırlığın yaklaşık%25’i (~ 15.000-20.000 ribozom/hücre)

Ribozomlar prokaryotlarda sitoplazmada serbest durumda,ökaryotlarda sitoplazmada serbest veya endoplazmikretikulum zarlarına tutunmuş olarak bulunur.

Ribozomun iki alt birimi vardır: büyük ve küçük alt birim.

Kitle: Prokaryotik ribozomlar 70S, ökaryotik ribozomlar 80Sağırlığındadır.Mitokondri ve kloroplastlardaki ribozomlar boyut veantibiyotiklere duyarlılık bakımından prokaryotikribozomlara benzerler.

[Svedberg (S), çökelme birimi]

Page 18: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 19: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

rRNA’lar

rRNA’lar ribozomun hem yapısal hem de katalitikbelirleyicisidir

Temelde ribozom yapısını oluştururlar ve aralarında Hbağları oluşturarak ribozomun iki alt biriminin bir aradabulunmasına yardım ederler.

mRNA ile baz eşleşmesi özelliğinden dolayı proteinsentezine katılırlar. Yüklü tRNA’ların antikodon ilmekleri vemRNA’nın kodonları küçük alt birimdeki rRNA ile ilişkikurarlar.

Page 20: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

r-proteinler

Çoğu bazik amino asitler bakımından zengindir; pro- veökaryotlarda genelde birbirinden farklıdırlar.

r-proteinlerin çoğu ribozomun dış tarafında bulunur.

Büyük alt birimdeki esas işlevsel domain tamamen (ya dabüyük ölçüde) RNA’lardan oluşur.

Günümüz ribozomlar büyük olasılıkla sadece RNA’danibaret ilkel bir protein sentezi aygıtından gelişmişlerdir!!!

Page 21: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Ribozomda tRNA’lar için bağlanmayerleri (büyük ve küçük alt biriminara yüzünde):A yeri aminoaçillenmiş tRNA’nın,P yeri peptidil tRNA’nın,E yeri uzayan polipeptid zinciriaminoaçil-tRNA’ya aktarıldıktansonra serbest kalan tRNA’nınbağlanma yeridir.

Ribozomun büyük ve küçük alt birimleri:

Büyük alt birimdeki peptidil transferaz merkezindepeptidbağları oluşur.

Küçük alt birimdeki şifre çözücü merkezinde yüklütRNA’lar mRNA’daki kodonları okurlar (“şifresiniçözerler”).

Page 22: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Protein sentezinde ribozom-poliribozom (polizom) çevrimi

[polizom, aynı mRNA’ yatutunmuş çok sayıda ribozom]

bir mRNA daki genetikbilginin aynı anda çok sayıdapolipeptide çevrilmesi

Translasyonda birbirleriyle vemRNA ile birleşen büyük veküçük alt birimler her çevrimsonunda birbirinden ayrılır;yeni bir protein senteziçevrimini başlatmak üzereaynı ya da farklı bir mRNA’yabağlanırlar.

Page 23: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 24: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Prokaryotlarda, transkripsiyon ve translasyon aygıtı birlikteçalıştığı için, ribozom transkripsiyonun hızına ulaşır.~ 20 amino asit/saniye mRNA’da 20 kodon=60nukleotidin çevirisi = RNA polimerazın 50-100nukleotid/saniyelik hızı

Ökaryotlardaki translasyon çok daha yavaş (2-4 aminoasit/saniye) belki translasyonun transkripsiyondan tamamen ayrıolması nedeniyle

Page 25: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

mRNA’ların Protein Sentezine Katılması

Translasyon, mRNA’da protein şifreleyen bölgenin (ORF’nin) 5’ucundan (başlama kodonundan), 3’ ucuna (bitim kodonuna)doğru birer kodonluk hareketle ilerler.

Bakterilerde başlama kodonu genellikle 5’-AUG-3’ (bazen5’-GUG-3’ ya da 5’-UUG-3’).

Ökaryotlarda her zaman 5’-AUG-3’.Başlama kodonun işlevleri: Sentez edilecek polipeptide girecek ilk amino asidi belirleme. Ardışık tüm kodonlar için okunma çerçevesini belirleme.(ilk kodonun yerleşimine göre olası üç farklı okunma

çerçevesinin birinin çevirisi yapılır)

Bitim kodonları (5’-UAG-3’, 5’-UGA-3’, 5’-UAA-3’) ORF’ninsonunu belirlerler ve polipeptid sentezinin tamamlanmasınıişaret ederler.

Page 26: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Ökaryotik mRNA’larda tek ORF (monosistronik mRNA’lar).Prokaryotik mRNA’larda genelde iki veya daha fazla sayıdaORF (polisistronik mRNA’lar) .

Page 27: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

mRNA’ların Ribozoma Bağlanması

Prokaryotik mRNA’ların çoğunda başlama kodonunun yukarıkısmında kısa bir dizi (ribozoma bağlanma yeri, RBS veyaShine-Dalgarno dizisi)RBS (çoğunlukla, 5’-AGGAGG-3’) başlama kodonunun 3-10nukleotid yukarısında bulunur ve 16S rRNA’nın 3’ ucuyakınındaki bir dizinin (5’-CCUCCU-3’) tamamlayıcısıdır.

RBS ve başlama kodonu arasındaki tamamlayıcılığın ve uzaklığınderecesi, bir ORF’nin aktif şekilde çevirisinde etkili:Yüksek derecede tamamlayıcılık ve uygun uzaklık çeviriyi etkinbiçimde ilerletir.

Page 28: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Ökaryotik mRNA’ların 5’ ve 3’ uçlarındaki değişikliklertranslasyonu kolaylaştırır

Ökaryotik mRNA’lar ribozomlara, 5’ şapka yapısıylabağlanırlar;Ribozom şapka yapısını tanıyıp bağlandığında, 5’-AUG-3’başlama kodonuna doğru hareket eder.

Ökaryotik mRNA’ların translasyonu uyaran diğer iki özelliği :(1) Bazı mRNA’larda başlama kodonunun üç baz yukarısındakibir pürin ve aşağısında bir guanin bulunması(5’-G/ANNAUGG-3’) (Kozak dizisi). Başlatıcı tRNA ileetkileşime girerek translasyon etkinliğini artırır.(2) mRNA’nın 3’ ucunda poli-A kuyruğu. Ribozomların yenidentranslasyon çevrimine girmelerini destekleyerek translasyondüzeyini yükseltir.

Page 29: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Translasyonun Mekanizması

Amino asitlerin birbirine tek tek eklenmesi ve aralarındapeptid bağlarının oluşumuyla bir polipeptid zincirininsentezi.

mRNA daki genetik bilginin polipeptid haline çevrilmesininyönü: 5’3’Sentez edilen polipeptid zincirlerinin bir ucunda serbest-COOH grubu taşıyan bir amino asit (C- ucu), diğerucunda serbest -NH2 grubu taşıyan bir amino asit(N- ucu).

Page 30: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Başlama

İlk iki amino asit arasındaki peptid bağı oluşumundanönceki reaksiyonlar:Başlangıç kompleksi (ribozomun küçük alt birimi + mRNA+ başlangıç amino asidini taşıyan tRNA) oluşumu.

Ribozomun küçük alt birimi ile mRNA’nın 5’ ucuna yakınribozoma bağlanma bölgesinin bağlanması(ribozoma bağlanma bölgesinde başlangıç kodonu ile diğerözel diziler)

Page 31: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 32: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Prokaryotik mRNA’lar ribozomun küçük alt biriminerRNA’daki baz eşleşmeleriyle bağlanır

Önce mRNA ile küçük alt birim bağlanır. Prokaryotlarda,bağlanmada mRNA’nın ribozoma bağlanma bölgesi ile 16S rRNAarasındaki baz eşleşmeleri rol oynar. mRNA, küçük alt birimebaşlangıç kodonu P bölgesine gelecek şekilde bağlanır.Büyük alt birim başlangıç aşamasının sonlarında, ilk peptidbağının oluşumundan hemen önce komplekse katılır.

Page 33: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Translasyonun başarılı bir şekildebaşlayabilmesi için

ribozomun alt birimlerinin mRNAüzerinde birleşmeleri;

yüklü bir tRNA’nın ribozomun Pbölgesine yerleşmesi;

ribozomun, başlangıç kodonu üzerindedoğru konumlanması (translasyonunokunma çerçevesinin belirlenmesi içinönemli)

gerekir.

Page 34: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Prokaryotlarda, mRNA’lardaki başlangıç kodonu çoğunluklaAUG polipeptid zinciri yapısına giren ilk amino asit metionin

Prokaryotik proteinlerin ilk amino asidi, formil metionin (fMet);metionin tRNA’ya bağlandıktan sonra NH2 grubu formillenir*.*[Deformilaz enzimi, formil grubunu polipeptid zincirinin sentezi sırasındaveya sonrasında çıkartır. Ayrıca, aminopeptidazlar da N uçtaki metioninive yanı sıra 1-2 amino asidi daha çıkarırlar]

Bakterilerde iki tip metionil tRNA aynı antikodonu taşır fakatyapıları farklı ve mRNA’daki farklı (başlangıç ve içteki)AUG’ler tarafından tanınırlar.

Ökaryotlarda başlangıç kodonu sadece AUG; ilk amino asitformillenmemiş özel bir metionil tRNA (tRNAi

Met) ile taşınır;başlatıcı tRNA ile polipeptidin iç kısımlarındaki metioniltRNA’ların (tRNAm

Met) dizileri farklı.

Page 35: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Başlangıç kompleksinin oluşumunu yöneten proteinler(başlangıç faktörleri)

Prokaryotlardaki başlangıç faktörleri:IF1, başlatıcı tRNA’nın küçük alt birimde A yerine bağlanmasınıengellerIF2, küçük alt birim, IF1 ve başlatıcı tRNA ile etkileşimegirerek, tRNA’nın küçük alt birimdeki P yerine bağlanmasınısağlar; diğer tRNA’ların küçük alt birimle birleşmesiniengeller.

IF3, Küçük alt birime bağlanarakbüyük alt birimle birleşmesiniveya tRNA’ların bağlanmasınıengeller. mRNA’nın ribozomun küçük altbirimine bağlanmasını sağlar.

Page 36: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Prokaryotlarda, başlangıcın son aşaması, büyük alt biriminbirleşmesiyle 70S’lik başlangıç kompleksinin oluşması.

Başlangıç kodonu ve başlatıcı tRNA ile baz eşleşmesiyaptığında, IF3 küçük alt birimden ayrılır.

Büyük alt birimin küçük alt birime bağlanmasıyla IF1 veIF2 ribozomdan ayrılır.

Başlangıç aşamasının sonucu:

A yeri boş olan, P yerinde başlatıcı tRNA’yı taşıyan vemRNA ile birleşmiş 70S’lik bir ribozomun oluşması.

Page 37: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Ökaryotlardaki başlangıç faktörleri

Prokaryotlardaki IF1, IF2, IF3karşılığı faktörler ile ek başkaproteinler bulunur.

eIF3 prokaryotlardaki IF3’ünkarşılığı

GTP bağlayan iki protein (eIF2 veeIF5B) başlatıcı tRNA’nınbağlanmasına yardımcı olur.

eIF5B (IF2’nin karşılığı), eIF1A’ya(IF1’in karşılığı) bağımlı şekildeküçük alt birime bağlanır; eIF2 ilebaşlatıcı tRNA’nın küçük alt birimebağlanmasını sağlar.

43S öncül-başlangıç kompleksi oluşumu.

Page 38: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

eIF4F, mRNA’ların 43S öncül-başlangıç kompleksinitanımasını sağlar.Bu komplekse sonra eIF4Bbağlanır.

eIF4B, eIF4F‘deki RNAhelikazı aktifleştirir. Helikaz,mRNA’daki ikincil yapılarıçözüp küçük alt birimebağlanmasına yardım eder.

Page 39: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Küçük alt birim ve başlangıçfaktörleri mRNA boyunca 5’-3’yönünde hareket ederler.Hareket sırasında, küçük altbirim mRNA’daki başlangıçkodonunu başlatıcı tRNA’dakiantikodonla arasındaki bazeşleşmesiyle bulur.Doğru baz eşleşmesi eIF2 veeIF3’ün ayrılmasını tetikleyipbüyük alt birimin küçük altbirime bağlanmasına yol açar.Büyük alt birimin bağlanması,diğer başlangıç faktörlerinin deayrılmasına yol açar. 80S başlangıç kompleksioluşumu.

Page 40: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Başlangıç faktörleri ökaryotik mRNA’ların 5’ ucunabağlanmalarının yanı sıra, poli-A kuyruğu aracılığıyla, mRNA’nın3’ ucuyla da sıkıca ilişki kurarlar.

Bu ilişki, eIF4F ile poli-Akuyruğundaki poli-A’yabağlanan protein arasındakietkileşimle sağlanır.

mRNA’nın halkasal biçimdetutulması

bir mRNA translasyonutamamlandığında translasyonutekrar başlatmaya uygunşekilde konumlanması

Page 41: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Uzama

Protein sentezinde ilk peptid bağıoluşumundan son peptid bağıoluşumuna kadar meydana gelenreaksiyonlar. (Başlamadakiolayların tersine, uzamamekanizması prokaryot veökaryotlarda iyi korunmuştur)

Ribozomun A yerine, karşılık gelenmRNA’daki kodona uygunaminoaçil-tRNA’nın bağlanması.

Page 42: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

P yerinde bulunan tRNA’ya bağlı aminoasitteki COOH grubunun tRNA ile olanester bağının çözülmesi ve A yerindekitRNA’ya bağlı amino asidin -NH2 grubuile arasında bir peptid bağı oluşumu.(Uzayan polipeptidin P yerindekitRNA’dan A yerindeki tRNA’nın aminoasidine transferi)(peptidil transferaz reaksiyonu).Enzim: peptidiltransferaz. Ribozomun yapısındaki değişimlemRNA boyunca 5’3’ yönünde birkodonluk hareketin meydana gelmesi Ayerindeki peptidil-tRNA’nın ve karşılığıolan kodonun P yerine geçmesi(translokasyon, yer değiştirme).Amino asidini kaybetmiş tRNA‘nınribozomdan ayrılması.

Page 43: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Peptidil transferaz vetranslokasyon reaksiyonlarınınardışık olarak sürmesiyle polipeptidzincirinin uzaması.

Page 44: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Uzama aşamasında bir peptid bağı oluşum çevrimi için kaçnükleozid trifosfat gereklidir ?

(1) Amino asidin tRNA’ya bağlanması sırasında yüksek enerjiliaçil bağı yaratılırken 1 ATP .

(2) Yüklü tRNA’nın A yerine yerleştirilmesi sırasında 1 GTP.(3) EF-G aracılığıyla meydana getirilen translokasyon

sırasında 1 GTP.

Net sonuç olarak peptid bağı oluşumu maliyeti:1 ATP + 2 GTP

Page 45: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Bakterilerdeprotein sentezinde 37oC’da polipeptid zincirine saniyede ~15 amino asit eklenir 300-400 amino asitlik bir polipeptidin sentezi 10-20saniye.

Ökaryotlardaprotein sentezinin hızı daha düşük. Örneğin, alyuvarlarda37oC da yaklaşık 2 amino asit /saniye 150 amino asitlik bir polipeptidin sentezi ~ 1 dakika.

Page 46: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

TamamlanmaSentezi tamamlanan polipeptidin serbest kalması için gereklireaksiyonlar.Ribozomdaki aminoaçil tRNA bağlanması, peptid bağı oluşumuve translokasyon çevrimleri üç bitim kodonundan birinin Ayerine gelmesine kadar devam eder.

Serbest bırakma (salıverme) faktörleri (RF), bitimkodonlarına yanıt olarak translasyonu sonlandırır

Bir bitim kodonu ribozomun A yerine geldiği zaman bir RF buişareti tanıyarak bağlanır. Polipeptid zincirindeki son aminoasit ile bağlı olduğu tRNA arasındaki bağlantısını koparır. Buişlevini, polipeptidin peptidil tRNA’dan hidroliziniaktifleştirerek yapar.Serbest kalan son tRNA molekülü ve polipeptid zinciriribozomdan ayrılır; ribozomun büyük alt birimi de mRNA’danve küçük alt birimden ayrılır.

Page 47: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin
Page 48: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Translasyonun sonlanması

Page 49: GENETİK ŞİFRE...Genetik Şifre (kodonlar RNA üzerinde ve 5’ 3’ yönünde yazılı. Buna göre DNA’daki tamamlayıcı kodonlar ters yönde (3 5 ), tRNA antikodonları da mRNA’dakinin

Ribozomu Yeniden Kullanıma Sokma Faktörü Bir tRNA’yıTaklit Eder

Polipeptid zinciri ve RF’ler serbest kaldıktan sonra ribozomhala (P ve E yerlerinde) mRNA’ya ve yüksüz tRNA’ya bağlıdurumdadır.Ribozomun yeni bir polipeptid sentezi çevrimine girmesi için,mRNA ve tRNA’nın serbest kalması, ribozomun büyük ve küçükalt birimlerinin ayrılması gerekir. Bu olayların tümüneribozomun yeniden kullanımı denir.

Prokaryotlarda, ribozomu yeniden kullanıma sokma faktörü(RRF) polipeptidin serbest kalmasından sonra ribozomu yenidenkullanıma sokmak üzere EF-G ve IF3 ile birlikte iş görür.